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潘丙才教授课题组在耐污染型环境纳米复合材料方向取得新进展

       纳米铁、锰、锆等金属氧化物对多种污染物均表现出专属吸附作用,并具备高反应活性、高吸附容量、高选择性等特点,在水污染深度治理中表现出较大的应用潜力。然而,水中广泛存在的天然有机物(NOM)常会与纳米颗粒发生作用,占据其吸附位点,造成净污性能的显著下降;此外,积累在纳米颗粒表面的有机物污染常常难以脱附,严重影响材料的循环再生与长期使用性能。目前,耐有机污染能力不足已成为环境纳米材料在水污染治理实际应用中面临的主要挑战之一。
       我院潘丙才教授课题组多年来一直从事基于实用型环境纳米材料的深度水处理技术研究。近日,该团队基于尺寸排阻理念研发了一种微孔结构丰富的树脂基纳米氧化锆材料HZO@HCA,该材料几乎所有的孔结构均在2纳米以下,可通过尺寸排阻作用将NOM分子(尺寸通常较大)排除在孔外,同时不影响目标无机污染物(尺寸一般小于1纳米)在复合材料内的扩散。此外,HZO@HCA的树脂载体表面修饰了叔胺基团,在碱性条件下荷负电,可通过静电排斥作用促进NOM(多数呈负电)的脱附。以水中广泛分布的无机污染物氟离子为代表,NOM的存在对HZO@HCA的吸附容量及循环再生性能几乎不产生影响,相同条件下第一代树脂基纳米复合材料HZO@D201的性能分别下降约90%与45%;另外,HZO@HCA对真实天然水的柱吸附处理容量也提高到HZO@D201的3倍以上。该研究对耐有机污染型环境纳米复合材料的设计、研制及应用具有重要的参考价值。
图1. (左)HZO@HCA耐有机污染原理示意(右)HZO@HCA、HZO@D201及HCA(树脂载体)对真实天然水的柱吸附除氟性能比较

       这一研究成果近日在线发表于环境学科国际权威期刊Environmental Science & Technology (DOI: 10.1021/acs.est.7b04164),论文第一作者为助理研究员张孝林博士,通讯作者为潘丙才教授,第二至第五作者分别为2014级本科生张璐、黎智贤、蒋朝与郑琪。该研究得到了国家重点研发计划“纳米科技”专项、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金及国家博士后基金以及南京大学大学生创新训练计划项目(G201610284044)资助。

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